闪烁体探测器的基本介绍

闪烁体探测器的基本介绍

秦1林2

（中国石油大学华东，青岛，255680）

摘要：闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的，也是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。

关键词：闪烁体；辐射；电离激发

早在1903年，威廉·克鲁克斯就发明了由硫化锌荧光材料制成的闪烁镜并用其观察镭衰变放出的辐射；卢瑟福在其著名的卢瑟福散射实验中也曾使用硫化锌荧光屏观测α粒子。不过，由于传统荧光材料在使用上很不方便，闪烁探测器一直没有大的进展。1947年Coltman和Marshall成功利用光电倍增管测量了辐射在闪烁体内产生的微弱荧光光子，这标志着现代闪烁体探测器的发端。

1.基本构成与原理

闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。

图1 闪烁体探测器基本构造

入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子（或离子、分子）的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。

2.闪烁体的分类

很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。

闪烁体材料大致可分为以下三类：

（1）用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等，其中Tl是激活剂）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体。

（2）有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体。

（3）气体闪烁体：如氩、氙等。

3 闪烁体的性质

3.1发光效率高

能够将入射带电粒子的动能尽可能多地转换为闪烁光子数。

3.2线性好

入射带电粒子损耗的能量在很大范围内与产生闪烁光子数保持线性关系。3.3发射光谱与吸收光谱不重叠

闪烁体介质对自身发射光是透明的，不存在自吸收。

3.4发光衰减时间短

入射粒子产生闪光的持续时间短，探测器反应快。

3.5其它性质

加工性能好、折射率合适、原料易得且无毒、成本低廉等。一般而言，无机闪烁体的光子产额高、线性好，但发光衰减时间较长；有机闪烁体发光衰减时间短，但光子产额较低。

4 闪烁体的发光机理

不同闪烁体在电离辐射作用下发光的物理机制有很大区别。

4.1无机闪烁体

这类闪烁体的发光机制以掺杂激活剂的碱金属卤化物晶体最为典型。在此类晶体中各原子呈周期性排列，在原子核电场的作用下，原本属于单个原子的核外电子可以以在相邻原子间转移，这样的电子不再固定从属于某个原子，而是从属于整个晶体，这种现象称为晶体中电子的共有化。原先孤立原子中的能级也相互交错重叠形成晶体能带，这些能带又可分为价带与导带，二者之间存在一定宽度的禁带。当电离辐射进入晶体中，原先处于价带的电子受激发跃迁至导带，之后

经过一段时间（典型值为10-7秒左右），电子又退激回到价带，在此过程中会释放出光子，光子能量等于电子前后所处能带能量之差。一般情况下，禁带较宽，因此跃迁释放光子的能量较高，超出可见光范围。如果在晶体中掺入Tl等杂质（激活剂），则可以在原先的禁带中产生一些局部能级，这样电子再受激和退激时就可能会落到这些局部能级，相应的能量差也比原来要小，因此退激放出的光子能量比原先要低，即落在可见光范围内。

4.2有机闪烁体

有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族化合物，其发光过程中主要通过π电子的跃迁实现。

气体闪烁体：气体分子受电离辐射激发，退激时释放光子。气体闪烁体放出的光子大多属于紫外光波段，因此需要使用专门针对紫外光的光电元件，或者在工作气体中掺入少量杂质气体（如氮气）通过吸收部分紫外光子来产生可见光光子。

5 结束语

随着光电倍增管等微光探测器件的应用和相关技术的进步，闪烁体探测器得到了非常迅速的发展，各种新型闪烁体材料层出不穷。由于具有探测效率高、分辨时间短、使用方便、适用性广等特点，闪烁体探测器在某些方面的应用已超过气体探测器，并为γ射线谱学的形成和发展提供了可能。

参考文献：

[1] 丁洪林.核辐射探测器.（第一版）

[2]安继刚. 《电离辐射探测器》北京: 原子能出版社. 1995. ISBN 978-7-5022-1332-9.

The basic introduction of scintillator detector

Qin Chen Lin Zengen

(China university of petroleum,Qindao,266580)

Abstract：Scintillator detector is used to ionize radiation in the flashes of light generated on certain substances to detect, is also one of the detectors which is most

widely used ionizing radiation detectors.

Key word: C intillator;Radiation; Ionization excitation